CN1880010A - 具有机器人和刀库的加工机床设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工机床设备(10，100)，它具有一个加工机床(11；111)，该加工机床具有至少一个刀具主轴(30；130)和一个刀库(24；124)用于为加工机床进行工件加工提供刀具，本发明还涉及使一种这样的加工机床设备运行的方法。在该加工机床设备中规定使它包括一个机器人，机器人具有一个多处铰接的机器人臂用于为刀库配备取自于刀具储备仓的刀具并从刀库里取走用过的刀具；还规定刀具库具有至少一个交替地在用于机器人更换刀具的一个机器人存取腔里和在一个用于至少一个刀具轴的刀具更换的刀具轴存取腔里可以移动的，尤其是可以摆动的刀具夹持部位，该刀具夹持部位有至少一个刀夹用于夹持刀具。

Description

具有机器人和刀库的加工机床设备
技术领域
本发明涉及一种加工机床设备，它具有一个加工机床，该加工机床具有至少一个刀具轴和一个刀库用于为用于工件加工的机床提供刀具，本发明还涉及一种使一种这样的机床设备运行的方法。
背景技术
对于切削加工机床来说，例如车床、铣床和/或钻床来说已知都借助于链式刀库来提供刀具，例如钻具、车刀或类似刀具。若必需有许多刀具，例如对于复杂的工件加工和/或装备有刀具的多轴加工机床来说，链式刀库必须具有大的容量。因此使链条更长，在有些机床里将其布置成曲折形，以达到足够的长度容量。大容量的链式刀库需要许多位置并且很重。此外，链条越长更换刀具的速度就下降。例如在一个双向可运动的链条的相反的部段上存放了两个必需的刀具的情况下，在更换刀具时链条走过的行程相当于链条长度的一半。对于长链条来说这就使刀具提供时间有明显的损失。
发明内容
因此本发明的任务是，在开头所述类型的加工机床设备中改善刀具的更换。
为了解决该任务，在开头所述型式的加工机床设备中规定使它包括一个机器人，该机器人具有一个多处铰接的机器人臂用于将取自刀具储备仓的刀具配备刀库并从刀库里取出用过的刀具，而且规定该刀库具有至少一个交替地在用于机器人的刀具更换的机器人存取腔里和在一个用于至少一个刀具轴的刀具更换的刀具轴存取腔里可以运动的，尤其是可以摆动的刀具夹持部位，该刀具夹持部位具有至少一个刀夹用于夹持刀具。此外为了解决该任务按照另一项独立的权利要求规定了一种用于使一个这样的加工机床设备运行的方法。
对于加工机床来说适宜地是指一种用于对工件进行切削加工的机器，例如铣床、和/或钻床和/或车床。刀具就是车刀、钻具、铣削头或类似工具。
本发明的基本思想在于将加工机床所必需的许多刀具都放在一个刀具储备仓里。机器人用其多处铰接机器人臂在储备仓那里取出刀具并用对应所需的刀具装备该与储备仓相比小得多的在加工机床上的刀库。至少一个主轴(可能设有多个主轴)从刀库里取出刀具用来加工工件。刀库可以在一个机器人存取腔和一个主轴存取腔之间摆动，因此刀具夹持部位可以快速地在机器人的相应存取腔里或者至少一个主轴里运动。小的紧凑的刀库，此处也可以指一种小的链式刀库、一种具有例如40至60个刀夹的盘状刀库、一种摆动臂装置或类似装置，它构成一个小的快速的中间缓冲器或中间存储器用于为主轴提供刀具。刀库与储备刀库相比例如只有10-30％或者更少的存储容量。按照本发明可摆动应该也称为“可转动”，因此原则上不仅可以有来回往复运动，而且也有旋转运动。
适宜地在刀具夹持部位里有多个刀夹，它们优选成对布置。对于一种刀夹对来说首先有一个刀夹是空着的，因此机器人或者至少一个主轴可以在那里存放一个刀具并在机器人或者主轴在刀夹对的另一个准备有刀具的刀夹的方向上相对运动之后可以将该刀具取下。至少一个主轴和机器人在空着的刀夹上存放一个刀具并从备有刀具的刀夹上取下另一个刀具。这两个刀夹更为适宜地直接相互并排布置。对于多轴加工机床来说例如提出了一种设备，在该设备中交替地使一个刀夹空着，而一个刀夹装有刀具。只是在机器人存取腔里或者主轴存取腔的范围内进行刀具更换的短时间内一个刀夹对的两个刀夹短时间地装有刀具。
这个或这些刀夹对可以调整地设置在刀库的一个基础部件上，以便使空着的刀夹或者装有刀具的刀夹相对于至少一个主轴定位。当然，人们合适地利用了刀具主轴的可定位性，以便使空着的刀夹或者装有刀具的准备好的刀夹起动。
刀库适宜地包含至少一个旋转调整装置用于转动至少一个刀库部位和/或包含至少一个线性调整装置用于线性调整至少一个刀夹部位。因此可以进行一种顺序的或者叠加的旋转和平移调整。
刀夹部分适宜地布置在一个基本上形状稳定的基础部件上。至少一个基础部件适宜地包括至少一个摆动臂，在该摆动臂上布置了刀具夹持部位。摆动壁可以从机器人存取腔摆动至主轴存取腔里或者反过来摆动。基础部位有利地是可以旋转的，这就是说也可以摆动地运动，以便使刀夹部位在机器人存取腔和主轴存取腔之间摆动。一种线性可活动性同样也是适宜的。
刀库适宜地包含至少两个交替地在机器人存取腔和主轴存取腔里可以运动地具有一个或多个刀夹的刀具夹持部位。然后刀具主轴和机器人可以在它们相应的存取腔里同时地或者至少基本上同时地更换刀具。因此加速了刀具的更换。
对于至少两个交替地可以进入存取腔的刀具夹持部位建议了两种变型方案，其中原则上可以有另外的结构变型方案：
例如这两个刀夹部位布置在第一和第二摆动臂上，这些摆动臂可以反时针方向在机器人-和主轴存取腔里摆动。适宜的是这两个摆动臂可以相互相对地线性定位，使这两个摆动臂在反时针方向摆动运动时能够偏移避让。至少一个摆动臂相对于另一个摆动臂实施一种线性的偏移运动，以便建立一个运动空间，使两个摆动臂基本上具有同样的旋转位置时相互不会碰到。必须考虑到：线性移动行程如此大，以至于必要时布置在摆动臂上的刀具并不与另外的摆动臂或与另外摆动臂上的刀具碰撞。
原则上可以使两个摆动臂是可以线性运动的，其中一种简单和适宜的变型方案是：在这两个摆动臂中只有一个是可以线性运动的。
两个摆动臂的线性可活动性可以为了另外目的而有利地被利用：摆动臂那么也就是可以在基本相同的刀具更换位置上例如对于刀具主轴来说在主轴存取腔之内和/或对于机器人来说在机器人存取腔之内开动。主轴或者多个主轴则可以分别在更换刀具时分别在同一位置上定位，而与那个摆动臂正好备有刀具无关。这按照意义同样适合于机器人。因此当然应该说明：机器人由于其比较自由的可定位性不一定必需有一种总是相同的刀具装备位置。然而机器人的编程任务则由于在机器人存取腔里相同的刀具更换位置而得以简化，因为机器人几乎可以这样说不必“操心”，哪个摆动臂正好在机器人存取腔里用于进行刀具更换。
第二摆动臂适宜地被弯曲。弯曲段在第一摆动臂的一个例如包含一个旋转驱动装置的：转动轴承处经过，因此第一和至少一个第二摆动臂的刀夹在旋转轴线方向上可以占有基本同样的刀具更换位置。弯曲段补偿了一个受转动轴承或者旋转驱动装置所限制的线性偏移。两个摆动臂可以具有同样的旋转轴线或者尤其是平行的相互紧靠在一起的旋转轴线。
至少两个可以进入机器人存取腔和主轴存取腔里的刀具夹持部位在本发明的另一种变型方案中可以是一个可旋转的夹持装置的不同部位，它们在旋转运动或者摆动运动范围内可以同步地在机器人存取腔里或者在主轴存取腔里旋转或者摆动。夹持装置例如是一个盘或者一个盘状基础部位。夹持装置例如具有一种多边形的，适宜的是四边形的外轮廓。这种变型方案尤其在多轴机床时是适宜的。但原则上基础部位也可以具有圆形外轮廓，例如用在单主轴机床上。
刀库适宜地布置在加工机床的一个刀架上。因此刀库形成了加工机床的一个组成部分。
在本发明的一种特别优选的变型方案中加工机床是一种多轴机床，它具有至少两个沿着一条线，尤其是一条线性相互并排布置的刀具主轴。刀具主轴例如在一个水平的或一个垂直轴线上并排地或者上下重叠地进行了编组。刀库的刀具夹持部位具有刀夹，它们对应于并排布置的刀具主轴的线进行了编组，从而使刀具主轴从刀夹里同时地取出并把刀具并存放在那里。因此加速了刀具的更换。显而易见，刀具主轴例如可以沿着一条直线或者之字形线、一种弧形线、一种多边形线或类似的线相互并排、上下重叠或者以其余方式进行编组。
在机器人上更有利地设置一个刀具支座，它对应于刀具主轴的编组具有相互并排布置的刀夹。因此机器人可以同步地从刀库的刀具夹中取出多把刀具并存放在那里。这加速了刀具更换。
储备仓包含至少一个刀架，它适宜地具有一种柜状结构，使刀具存储在那里。有利地将多个刀架或者刀具柜环状围绕机器人进行编组，从而使多处铰接的机器人臂可以将刀具在刀架里抓住或者存放在那里。但是刀架也可以沿着至少一条串联线并排地和/或依次地布置。
在刀架或多个刀架中有利地有多个刀夹组，其中刀夹对应于多轴机床中的刀具轴的编组，例如对应于相互并排布置的刀夹的线设置。机器人臂可以用其刀具支座同步地从一个刀夹组的刀夹里取出多个刀具或者存放在那里。因此应该提到：刀夹组同样也可以适宜地具有相互并排布置的，尤其是相互交替地空着的位置和占用的位置，因此可以通过机器人用短的行程就实现刀具的存放或者取出。
机器人布置在一个机器人工作腔里，向着该工作腔有至少一个刀架在前面是敞开的并且机器人可以容易达到的。刀架适宜地背面封闭起来，从而使工人不能进入机器人工作腔里。储备仓的刀架或者多个刀架有利地构成机器人工作腔的挡板的组成部分。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行说明。附图所示为：
图1：一种按照本发明的加工机床设备，它具有一个机器人、一个具有水平布置的主轴的多轴加工机床以及一个在加工机床上的刀库，所述加工机床从前面看去有一个摆动臂；
图2：按图1所示的加工机床设备的俯视图；
图3a至3d：按图1和2所示加工机床设备的摆动臂的摆动过程；
图4a至4d：按照本发明的具有两个摆动臂的刀库在一种反向的摆动过程时的第二实施例；
图5a，5b：按照图4a至4d所示刀库的一种改进方案，它在一个机器人存取腔部位里具有用于按图1，2所示机器人的附带的线性移动运动；
图6：一种按照本发明的具有一个盘状或板状车削刀库的加工机床设备的第二实施例的倾斜从上面看去的视图；
图6a：图6所示的一个截取部分S，
图7：按照图6的加工机床设备的倾斜从上面看去的另外一个透视图。
具体实施方式
一种加工机床11，例如铣床和/或钻床和/或车床，用于对加工机床设备10里的尤其是金属的工件进行切削加工，它用一个机器人12提供刀具13。机器人12在机器人工作腔14之内是可以活动的，并用其多处铰接的机器人臂15从储备仓21的刀架16-20里取出刀具13，并将使用过的刀具13存放在刀架16-20里。用一个在实施例中具有四个刀夹23的刀具支座22，机器人12就同时地从刀架16-20其中一个里取出多把刀具13，这里最大为四把。那么机器人12就将接受的刀具13移动至加工机床11上的一个刀库24。同时机器人使其机器人臂15运动并例如围绕一个垂直的旋转轴线25转动，一直到它到达用虚线画出的装刀位置用于给刀库24装备上刀具13。
刀库24的一个摆动臂27形状的一个基础部件26可以在一个机器人存取腔28和一个主轴存取腔29之间摆动，在机器人存取腔28里机器人12可以存取至摆动臂27，例如在图2中用虚线所示的装刀位置，而主轴存取腔29则用于在加工机床11的一个或多个刀具主轴30上更换刀具。刀库24将由机器人12所提供的新的具有刀夹31的刀具13装在摆动臂27的一个刀具夹持部位32上。刀夹31在此处设计成叉形，其中其它形式的容纳座，例如夹持器、接收环或类似形式可以是容易的。然后该布置在刀夹34的一个向上突出的夹持部位76上的摆动驱动装置33就使可旋转地支承在刀夹34上的基础部件26摆动进入主轴存取腔29里。摆动驱动装置33是一种旋转调整装置。
在图3a至3d中表示了不同的摆动位置，其中例如图3a表示摆动臂27在机器人存取腔28的部位里，图3b表示摆动臂在其在主轴存取腔29的方向上摆动运动时的情况，在主轴存取腔里在图3c和3d中接着表示了摆动臂27。很显然，当存在对应的运动腔时，那么一种完全的旋转运动在本发明中也被视为一种摆动运动。在主轴存取腔29里主轴30首先将用过的，例如在图1表面涂黑表示的刀具13存放在刀具夹持部位32上，并接收那里提供的新的在图1中以轮廓表示的刀具13用于继续对工件进行加工。
加工机床11是一种切削加工的多主轴加工机床，具有在具体情况下四个沿着一条线或者串联轴线35水平地并排布置的刀具轴30。相对于机器床身36来说，整个构成一个主轴装置或者主轴组37的主轴30水平地在X方向上可以平行于线35运动，以及在Z方向上正交于线35以及垂直地在Y方向上可以运动。在机床床身36的导向件39上导向的一个水平滑座38可以在Z方向上运动并通过一个驱动装置40，例如一种球循环驱动装置或者一种线性直接驱动装置而在Z-方向上向前和向后定位。在该Z滑座38上有一个在X-方向上可移动的水平滑座41在导向装置42上导向。驱动装置43通过一个传动装置44驱动X-滑座41。在X-滑座上又有一个垂直的或者Y-滑座45导向，该滑座夹持住主轴装置或主轴组37。例如设计成塔状的水平滑座41在本发明的一种有利变型方案中框形地包围垂直滑座45。驱动装置46通过传动装置47驱动Y-滑座45。
在主轴组37或机器机架48前面设有一个加工站49，它有一个工件更换装置50。工件更换装置50例如包含一个工件摆动支座51用来提供用于借助于主轴30进行加工的工件52。两个在主轴30的串联轴线或者线35的方向上取向的工件支座，例如工件托盘53可以旋转地设置于摆动臂对54上。摆动臂对54本身又可摆动地支承在侧面的摆动支座55上，支座55在底部框架或者机器床身36的前面部位里向上延伸。在工件托盘53或者在其中一个摆动支座55上的驱动装置56使工件托盘53通过合适的摆动运动定位于主轴30前面，因此可以由该主轴对它们进行加工。在对应没有摆动到主轴30前面的工件托盘53上在通过主轴30进行加工时可以更换工件52。原则上可以使用机器人12来更换工件，此时机器人工作腔也布置在加工站49前面，例如在该工作站里应用了一种类型的机器人，它不仅可以例如围绕旋转轴线25旋转，而且也可以在其机器人工作腔里移动。
在加工机床11中主轴30沿着一条直线或者串联轴线35相互并排地以相同的间距a相互相对布置。遵循这种布置网格或者模式，这就是说此处按一种同样的串联布置，储备仓21、机器人12以及刀库24的部件的设计应该能够保证同时地更换多把刀具。
刀夹31例如按照间距a并排地布置，使主轴30能同时地在刀库24上更换刀具。刀具的更换按如下进行：
移动滑座38，41和45，使主轴30相对于摆动到主轴存取腔29里的摆动臂27这样来定位，从而使主轴30首先能够在空着的刀夹31f上(见图3c)存放用过的刀具13。空着的刀夹31f布置在已占用的、提供刀具13的刀夹31b之间，从而使刀夹31交替地置空和占用，如在图3a-3d中所见到的那样。当更换刀具时主轴30例如在图1中用实线，图2中用虚线表示的上部刀具更换位置上。空着的刀夹31f和包含刀具13的刀夹31b分别相互间隔网格间距a。因此主轴组37可以首先将用过的刀具13成组地和同时地放在空着的刀夹31f上，例如锁紧在上面，然后在X-方向上侧向移动，以便相对于已占用的刀夹31定位并接收位于那里的刀具13。图3c和3d表示了在取出新的、通过刀库24提供的刀具13之前和之后时的摆动臂27。图3d中用过的刀具13布置在从前空着的(图3c)的刀夹31上。
然后摆动臂27以一种相反的对应于图3b和接着图3a的运动又摆动返回至机器人存取腔28里。摆动臂27的摆动范围更为适宜地包括大约180°，在此处，例如更有利地大约270°。
在那里机器人12用刀具支座22同时地将所有用过的刀具13从刀库24里取出，因为刀夹23按照主轴30的网格间距a布置于刀具支座22上。机器人12将用过的刀具13存放在储备仓21里，例如在其中一个刀架16-20里。
对于刀架16-20来说同样也考虑了网格间距a。例如刀架16-20具有刀夹组57用于存放刀具13，此处刀具13的存放位置相互间隔开网格间距a。若刀具13的宽度或直径小于网格尺寸a的一半，那就可以使支座58相互间隔的间距例如为a/2。这对应于刀夹31在刀库24上的布置或者间距，因此使机器人12例如可以首先将用过的刀具13存放在空着的存放位置或者刀具支座58上，并在有些情况下可以在刀夹组57的相邻的支座58中将直接位于其旁边的刀具13装入，如果其刀具类型刚好用过的话。
在刀架20里设置了具有较大宽度或者较大直径的刀具13，因此在实施例中刀架20的刀夹组57’只能分别装四个刀具13，因为刀夹组57’的支座58’比a/2的间距更宽。在这种情况下机器人12首先将刀具13放在第一刀夹组57’的空着的支座58’上并然后从其中一个刀架16-20里接收新的刀具13，以便使这些刀具接着在刀库24里定位。
刀架16-20的前面对于机器人12来说容易靠近并且是敞开的，适宜地背面封闭上。在图中为了一目了然起见刀架16-20的后壁未表示出来。但适宜的是在那里设有封闭装置，那么刀架16-20可以从后面，这就是说在机器人工作腔14之外装备新的刀具13。在打开其中一个封闭装置时适宜地使整个的加工机床设备10断开，以避免更换刀具13的工人受伤。此外作为保护措施规定了：刀架16-20形成了限定机器人工作腔14的挡板59的组成部分。在刀架16-20之间设有壁板60，它们与刀架16-20共同作用形成一个总的封闭挡板59。为了简化起见挡板59没有完全表示出。不言而喻合适的是使挡板59完全包围机器人工作部位或工作腔14，从而在加工机床设备10工作时阻止未经准许的进入。
一个在图中只是局部表示的保护顶盖63包围加工机床11，其中在固定于机器机架48上的刀库24部位里设有一个用于摆动臂27的开孔。此外在加工站49部位里和侧面在顶盖63里设有开孔64，使加工机床11的加工部位可以接近够到。侧面的开孔64可以借助于一种门部件65而关闭。
支座58，58’不必一定加工得很精密。尤其是刀夹组57，57’可以相对简单地相对地装在刀架16-20上或者焊在上面，因为机器人12在一种学习模式里可以获得刀具13在刀架16-20里的相应位置。机器人控制***61“觉察记录”下刀具13在刀架16-20里的位置用于以后的运行，这就是说用于更换刀具13。储备仓21因此可以更简单和更价廉地制成。
机器人控制***61与一个用于控制加工机床11的控制***62联合作用，以协调一致地实现定位任务和刀具更换。对于控制***61，62来说例如是指CNC(计算机数字控制)控制***或者其它的计算机控制***。显然，机器人控制***61和加工机床控制***62也可以通过一个重叠的、在图中未示出的控制***相互耦合起来或者用一个唯一的控制***来替代。
摆动臂27或者可以在机器人存取腔28里或者在主轴存取腔29里可供用于刀具更换，因此或者使机器人12或者使加工机床11可以进行刀具更换。在按照图4a-4d，5a，5b所示的一种刀库70里，无论是机器人12还是加工机床11都可以进行同时的刀具更换或者基本同时的刀具更换。刀库70作为刀库24的备选方案来说可以布置在加工机床11上，更准确地说在其机器机架48上。为了简化，以下的说明刀库24和70的相同的和同样的部件用同一附图标记，而为表明区别之处局部用一个上撇号“’”来表示。
摆动臂27’可以如摆动臂27那样在机器人存取腔28和主轴存取腔29之间摆动。摆动臂27’可摆动地或者可转动地支承于一个支架71上并通过一个旋转-或摆动驱动装置33’而驱动。摆动臂27没有规定线性的可调整性。相反第二摆动臂72相对于支架71既可线性运动也可旋转运动。摆动臂27’和72的夹持部位32’与夹持部位32是同样的，因此机器人12，如同结合刀库24所说明的那样，可以同时地将多个刀具13存放在刀夹31上或者从那里接收这些刀具。
摆动臂72可摆动地设于一个滑座73上，该滑座在导向件74上线性地在支架71上导向。支架71设计成一种平台，它具有一个例如水平的上表面，在该上表面上滑座73可以相对于摆动臂27’移动，在实施例中是在Z方向上。线性驱动装置75、例如一种电动的和/或气动的球循环驱动装置、线性直接驱动装置或者类似的驱动装置驱动滑座73。线性驱动装置75构成一种线性调整装置。摆动臂27’，72可摆动地支承于支架71的或者滑座73的向上面突出的夹持部段76上。
摆动臂27’的驱动装置33’在滑座73的方向上，就是说在Z方向上向前伸出。用于转动或者摆动转动臂或摆动臂72的驱动装置77也在相同方向上。摆动臂72是弯曲的。摆动臂72的弯曲段78在摆动臂27’的驱动装置33旁经过，例如平行于摆动-或旋转轴线，因此摆动臂72相对于Z方向或者线性调整装置占有基本上如同摆动臂27’同样的更换位置，例如相对于主轴存取腔29来说，如同人们在图4a和4d中可以看到的那样。
摆动臂72相对于摆动臂27’的线性驱动装置75或者线性可调整性可以使得在这两个摆动臂27’，72反向地摆动到机器人存取腔28里或者主轴存取腔29里并相遇的时候，它们会进行偏离避让运动。在运动学上更简单的变型方案中按照图4a-4d摆动臂72在更换刀具位置时在机器人存取腔28里与摆动臂27’间距开，在该图中例如向前在驱动装置75的方向上定位。然后两个摆动臂27’，72相互反向地摆动经过，其中摆动臂27’，72相互的直线间距为b，使两个摆动臂27’，72以及布置在上面的刀具13’能够不碰撞地相互摆动经过。直线间距b考虑了例如刀具13的长度，它在实施例中在摆动臂72的方向上向前突出。若两个摆动臂27’，72相互在旋转运动时经过的话，那么滑座73就在摆动臂27’的方向上按照箭头c向后移动，使摆动臂72在刀具更换位置上相对于主轴存取腔29里的主轴30占有同一个位置如同以前(见图4a)摆动臂27’那样。
在图4a中虽然见到：已经受到弯曲部位78的限制，摆动臂72的一个刀具夹持部位32’相对于Z方向占据了机器人存取腔28里的基本同一个位置，如同摆动臂27’的相应的刀具夹持部位32’那样，可见图4d。但通过以下方法作了进一步改进：如在图5a中可见那样，滑座73也为了机器人12的刀具更换被向着摆动臂27’移动，使机器人12与哪个摆动臂27’，72在机器人存取腔28里的刀具更换位置上无关地，能够起动摆动臂27’，72的刀具夹持部位32’的刀夹31。因此使定位工作从机器人12方面来说更加容易。在这种运动学方面有点复杂，但很实用的变型方案中滑座73也由于通过机器人12更换刀具而在摆动臂27’的方向上移动，因此也使机器人12“舒适地”总是在同一个位置上遇到所要更换的刀具13(见图5a)，并且在刀具更换之后通过机器人12在箭头d的方向上(见图5b)离开摆动臂27’，以避免在反向旋转时摆动臂27’，72产生碰撞干涉。
按照图6和7的一种加工机床设备100具有与加工机床设备10部分相同的构成部分，例如同样也有一个机器人12和一个储备仓21。设有一个加工机床111替代加工机床11，其中为了简化起见没有表示出该加工机床111的保护顶盖。
加工机床111同样也是用于对工件52进行切削加工的多轴机床，更实用地是一种铣床、钻床和/或车床。加工站149包含一个例如设计成旋转台的工作平台150或者一种其它的用于准备工件的装置，例如固定在摆动臂上的工件平台，它们可以交替地在加工机床111的刀具主轴130前面摆动。加工工件52时所产生的加工废弃物，例如金属屑或类似物可以在排出凹坑151里侧面在工件平台150旁边的排屑通道152的方向上流出，那里可以布置一个在图中未示出的排屑带或者一个另外的除屑装置。加工站台159的一种保护罩为了简化起见就没有表示出来。
主轴130水平地上下重叠布置并能够单独地在Z方向上借助于导向装置139和线性驱动装置138，例如线性直接驱动装置，球循环驱动装置或类似装置而相对于加工站149水平地移动。
另一种水平的可调整性，也就是在X-方向上通过一个水平滑座141引起，该滑座可以借助于导向装置142在一个基础机器机架148上移动。机器机架148为塔状并且可以这样说构成了一个框架，X-滑座141就在该框架上导向。导向装置142例如布置在机器机架148的前面上，该机器机架向上伸展布置在加工机床111的基本机架上或者机器床身136上。
在X-滑座141上有一个垂直滑座或Y-滑座145借助于导向装置146进行导向，该滑座借助于未示出的驱动装置可以垂直地调整。导向装置146布置在侧面，本例中在前面并在滑座141的一个开孔147旁边，其中垂直滑座145的前侧的侧面部段覆盖住导向装置146。垂直滑座145可以这样说***孔147里，使水平滑座141成框架状地包围垂直滑座145。因此实现了高的抗扭稳定性。
刀具主轴130交替地布置在垂直滑座145的一个开孔144的相互相反的侧面上，因而实现了一种节省空间的布局，在该布局中主轴130的轴线垂直地紧靠在一起，但同时对于导向装置139来说有一个相对宽的支承基础。
机器人12用刀具13装备一个刀库124，如上面已经联系刀库24所描述过的那样。刀库124借助于一个例如角形支架115固定在机器机架148的指向机器人12的面上。一种具有一个基础部件117的夹持装置116可旋转地固定在支架115上并含有多个刀具夹持部位132，在该实施例中形成四个夹持部位132，它们通过盘状或板状基础部件117的四个外侧面构成，该基础部件具有一种基本上为四边形的结构。构成一个旋转调整装置的驱动装置119驱动基础部件117。驱动装置119分别将一个刀具夹持部位132旋入机器人存取腔28里并同时将另一个位于基础部件117的一个对面上的刀具夹持部位132旋入主轴存取腔29里，在那里所有的主轴130可以同时地从相应刀具夹持部位132取出刀具13或者可以将用过的刀具13存放在那里。
刀具夹持部位132的基本构造相当于摆动臂27的刀具夹持部位32的构造，这就是说：每个刀具轴130分别有两个对应于刀夹31的刀夹131。各有两个刀夹131构成一个刀夹对133，其中一个刀夹131在更换刀具时首先是空着的，因此配合的刀具轴130可以在那里存放一个刀具13并接着向刀夹对133的相邻的刀夹131移动，以便在那里接收一个已经调整的刀具13。
但也可以考虑一种变型方案，在该方案中每个刀具夹持部位设有少量刀夹131。若应用了相应大的刀具13，例如支承于刀架20里的刀具13，那么也可以只是装备每第二个刀夹131。那么主轴130就可以在更换刀具时首先在一个空着的刀具夹持部位132上存放其当前装配的刀具13。然后基础部件117例如继续转四分之一圈，例如使位于那里的大体积的刀具13可以被主轴130接收。
在图6和7所示的设备中，其中刀库124用相对小的刀具13装备，机器人12就用刀具13装备向着机器人摆动或者指向它的刀具夹持部位132，这些刀具在相应再下一个刀具更换循环时在主轴130上是必需的。机器人12和主轴130可以同时地利用对应指向它们的刀具夹持部位132用来进行刀具更换。
很显然，可以设有具有另一种分组或者布局结构的刀夹31，131的刀具夹持部位，它适宜地与主轴30，130的分组结构互相有关系，例如具有一种之字形线、一种多边形或类似形状。此外设计成另外型式的多轴机床(必要时也可以是单轴机床)可以按照本发明的方式有效而快速地装备上刀具。例如也可以用刀具13按上面所述的方式装备一种两主轴机床或者一种五轴机床。如果在用作中间缓冲器的刀库24，124中希望有较大的容量，那么例如可以设有另外的摆动臂或者另外结构形状的基础部件117，它具有另外的侧面部位，这些部位适合于作为刀具夹持部位，例如一种六方形的基础部件。
此外也可以在按照本发明用作刀具中间缓冲器的刀库中存在复杂的运动。那么例如可以使摆动臂27’，72分别单独地线性导向，因此相对于两个摆动臂27’，72的线性可调整性给出其它的自由度。每个摆动臂27’，72就在一个单独地线性在一个配合的对应于支架71的支架上导向，并通过一个单独的线性驱动装置可以调整。人们甚至还可以继续一个步骤，并设计一个或多个可以单独地在Z-方向上附带在X-方向可以调整的摆动臂，例如借助于附带的滑座，它们布置在Z-滑座上。那么就可以除了摆动自由度之外还形成两个相互正交取向的平移自由度。
此外可以考虑节省驱动装置，方法是设有一个驱动装置以替代多个驱动装置，驱动装置通过适合的传动装置来完成多种运动。例如驱动装置77和/或75和/或33’可以用一个唯一的驱动装置来替代，它通过合适的传动装置引起相应的旋转运动或者线性的调整运动。

Claims (26)

1.加工机床设备，具有一个加工机床(11；111)，该加工机床具有至少一个工具主轴(30；130)和一个刀库(24；124)用于为加工机床(11；111)进行工件加工准备提供刀具(13)，其特征在于，它包括一个机器人(12)，该机器人有一个多处铰接的机器人臂(15)用于将刀具从一个刀具储备仓(21)里装备刀库(24；124)并用于从刀库(24；124)里取出用过的刀具(13)；而且刀库(24；124)具有至少一个交替地在一个用于机器人(12)更换刀具的机器人存取腔(28)和在一个用于至少一个刀具主轴(30；130)更换刀具的主轴存取腔(29)里的刀具夹持部位(32，32’；132)，该刀具夹持部位具有至少一个刀夹(31，131)用于夹持刀具(13)。
2.按权利要求1所述的加工机床设备，其特征在于，在至少一个刀具夹持部位(32，32’；132)上设有至少一个刀夹对(133)，其中在更换刀具时一个刀夹(31f)先是空着的可用于存放一个刀具，而另一个刀夹(31b)准备提供一个刀具(13)用于通过至少一个刀具主轴(30；130)或者机器人(12)来取走。
3.按权利要求2所述的加工机床设备，其特征在于，至少一个刀夹对(133)的两个刀夹(31，131)直接相互并排着布置。
4.按权利要求2或3所述的加工机床设备，其特征在于，至少一个刀夹对(133)相对于至少一个刀具主轴(30；130)是可以调整的，用于使空着的刀夹(31，131)定位，并使准备提供刀具(13)的刀夹相对于至少一个刀具主轴(30；130)定位。
5.按权利要求2至4中之一所述的加工机床设备，其特征在于，刀夹对(133)可以调整地布置在刀库(24；124)的一个基础部件(26)上，并且/或者至少一个刀具主轴(30；130)可以相对于刀夹对(133)进行调整。
6.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，刀库(24；124)具有至少一个旋转调整装置(33)用于转动至少一个刀具夹持部位(32，32’；132)，并且/或者具有至少一个线性调整装置(75)用于线性调整至少一个刀具夹持部位(32，32’；132)。
7.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，在至少一个基本上形状稳定的基础部件(26)上设有至少一个刀具夹持部位(32，32’，132)。
8.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，刀库(24；124)包括至少一个摆动臂(27；27’，72)，在该摆动臂上设有至少一个刀具夹持部位(32，32’；132)，其中摆动臂可以从机器人存取腔(28)摆动到主轴存取腔(29)里或者反向摆动。
9.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，刀库(24；124)具有至少两个交替地在机器人存取腔(28)和主轴存取腔(29)里可以运动的刀具夹持部位(32’；132)，因此至少一个刀具主轴(30；130)和机器人(12)可以在各自一个刀具夹持部位(32’；132)上基本上同时地更换刀具(13)。
10.按权利要求9所述的加工机床设备，其特征在于，至少两个交替地可以进入机器人存取腔(28)里和主轴存取腔(29)里的刀具夹持部位(32’；132)布置在第一和至少一个第二摆动臂(27’，72)上，这些摆动臂可以反向地摆动到机器人存取腔(28)里和主轴存取腔(29)里。
11.按权利要求10所述的加工机床设备，其特征在于，第一和至少一个第二摆动臂(27’，72)可以相互相对地线性定位，从而在摆动臂(27’，72)相遇时在反向摆动运动的范围内通过至少一个摆动臂(27’，72)的线性的偏移避让运动而存在一个运动空间。
12.按权利要求10或11所述的加工机床设备，其特征在于，第一摆动臂(27’)只可以摆动，而至少一个第二摆动臂(72)是可以摆动的并且相对于第一摆动臂(27’)可以线性运动。
13.按权利要求10至12中之一所述的加工机床设备，其特征在于，第一摆动臂(27’)和至少一个第二摆动臂(72)在基本上相同的刀具更换的位置上对于至少一个刀具主轴(30；130)来说可以在主轴存取腔(29)之内运动，而且/或者对于机器人(12)来说可以在机器人存取腔(28)之内运动。
14.按权利要求10至13中之一所述的加工机床设备，其特征在于，至少一个第二摆动臂(27；27’，72)被弯曲，其中弯曲部段在第一摆动臂(27；27’，72)的一个旋转轴承，尤其是一个旋转驱动装置(33)旁边经过。
15.按权利要求9所述的加工机床设备，其特征在于，至少两个可以进入机器人存取腔(28)里和主轴存取腔(29)里的刀具夹持部位(32，32’；132)尤其是一个可旋转的夹持装置(116)的相互对着的部位，其中至少两个刀具夹持部位(32，32’；132)可以通过旋转运动或摆动运动同时地旋转或摆动到机器人存取腔(28)里或者主轴存取腔(29)里。
16.按权利要求15所述的加工机床设备，其特征在于，夹持装置(116)具有一种基本为多边形的、尤其是四边形的或者圆形的外轮廓。
17.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，刀库(24；124)布置在加工机床(11；111)的一个刀架(16-20)上。
18.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，加工机床(11；111)是一种多轴机床，它具有至少两个沿着一条线并排布置的刀具主轴(30；130)；而且至少一个刀具夹持部位(32，32’；132)具有按照该线并排布置的刀夹(31，131)，从而使至少两个刀具主轴(30；130)可以同时地从刀夹(31，131)里取出多把刀具(13)或者可以存放在那里。
19.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，所述线基本上是直的。
20.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，在机器人(12)的臂(15)上设有一个刀具支座，它具有对应于设计成多轴机床的加工机床(11；111)的刀具主轴(30；130)的配置而布置的刀夹(23)，因此机器人(12)可以同时地从刀库(24；124)的刀夹(31，131)里取出多个刀具或者存放在那里。
21.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，储备仓具有至少一个尤其是柜状的刀架(16-20)用于通过机器人(12)存放刀具(13)。
22.按权利要求21所述的加工机床设备，其特征在于，多个刀架(16-20)成环状围绕机器人(12)布置在机器人臂(15)的存取范围里。
23.按权利要求21或22所述的加工机床设备，其特征在于，至少一个刀架(16-20)具有多个、尤其是垂直地相互重叠和/或水平地相互并排布置的刀夹组(57，57’)，它们具有对应于设计成多轴机床的加工机床(11；111)的刀具主轴(30；130)的配置而布置的刀夹(31，131)。
24.按权利要求21至23中之一所述的加工机床设备，其特征在于，机器人(12)布置在一个机器人工作腔(14)里，向着该工作腔该至少一个刀架(16-20)的前面是敞开的并且对于机器人(12)来说是可以接近的；而且至少一个，尤其是背面封住的刀架(16-20)构成了机器人工作腔(14)的挡板(59)的组成部分。
25.按上述权利要求之一所述的加工机床设备，其特征在于，设有机器人(12)用于更换通过加工机床(11；111)所要加工的和已经加工的工件。
26.用于使一种加工机床设备(10，100)运行的方法，所述设备具有一个加工机床(11；111)，该加工机床具有至少一个刀具主轴(30；130)和一个刀库(24；124)用于为加工机床进行工件的加工准备提供刀具(13)，其特征在于，
-具有一个多处铰接的机器人臂(15)的机器人将刀具(13)从一个刀具储备仓(21)里装备刀库(24；124)，并从刀库(24；124)里取出使用过的刀具，而且
-刀库(24；142)使至少一个具有至少一个用于夹持刀具(13)的刀夹(31，131)的刀具夹持部位(32，32’；132)交替地在一个用于机器人(12)更换刀具的机器人存取腔(28)里和一个用于至少一个刀具主轴(30；130)更换刀具的主轴存取腔(29)里运动，尤其是摆动。
CNA2006100928241A 2005-06-18 2006-06-19 具有机器人和刀库的加工机床设备 Pending CN1880010A (zh)

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